ArcMap地圖矢量化匯編

1、1.實驗目的與要求實驗目的（1） 了解空間數(shù)據(jù)數(shù)字化的有關(guān)方法，復習課堂有關(guān)地圖矢量化的理論知識。（2） 掌握地圖數(shù)字化這種最基本的數(shù)據(jù)采集方法，掌握地圖掃描矢量化的基本原理,方法和步驟,熟悉地圖的繪圖和編輯工作。1.2 實驗要求根據(jù)所學知識方法和步驟對地圖進行屏幕跟蹤矢量化。2. 地圖矢量化的基礎知識地理信息系統(tǒng)的基本功能之一就是數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集也是一個完整的GIS應具備的基本功能。地理數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩部分，數(shù)據(jù)采集也分為空間數(shù)據(jù)采集和屬性數(shù)據(jù)采集?？臻g數(shù)據(jù)的采集方法很多，根據(jù)數(shù)據(jù)的來源可分為地圖數(shù)字化，遙感數(shù)據(jù)獲取和以GPS為數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采集等。其中，地圖數(shù)字化是最基本的數(shù)據(jù)

2、采集方法，它是指把傳統(tǒng)的紙質(zhì)或者其他材料上的地圖（模擬信號）轉(zhuǎn)換為計算機可識別的圖形數(shù)據(jù)（數(shù)字信號）的過程，以便進一步在計算機進行存貯，分析和輸出。在地圖數(shù)字化時,首先要選擇合適的地圖投影和建立適當?shù)淖鴺讼?。沒有合適的投影或坐標系的空間數(shù)據(jù)不是一個好的空間數(shù)據(jù)，甚至是沒有意義的空間數(shù)據(jù)，它不含地理意義。投影與坐標系當把地球上的物體按地理位置轉(zhuǎn)繪到平面上時，必然會產(chǎn)生變形，投影是用于減少這種變形的一種方法。地圖投影的實質(zhì)是建立地球球面上的點與平面上的點的對應關(guān)系。所有的投影都會引起某種變形，采用哪種投影取決于實際應用的需要。每一種投影都與一個坐標系相聯(lián)系。對于那些大比例尺地圖(如1：2 000或

3、更大)，由于不含投影變換，我們稱為非地球地圖(Non-earth map)。非地球地圖雖然沒有投影變形，但卻有自己的坐標系統(tǒng)，有自己的參考系和量算單位。坐標變換與最小二乘法GIS中間數(shù)據(jù)的采集、處理和輸出等過程中都進行著空間坐標變換?？臻g坐標變換是指將地理實體在一個坐標系中的坐標(x，y)通過某種對應法則，轉(zhuǎn)換成另一個坐標系中的坐標(x，y)的過程。解算這種對應法則有兩種方法：一種是解析法，這是在知道投影公式或坐標變換公式的情況下，直接利用變換公式進行解算。GIS中圖形的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)及三維變換等操作都使用這種變換；另一種是數(shù)值變換法，這種方法主要用于地圖的數(shù)字化。最小二乘法是最為常用的數(shù)值

4、變換的方法。地圖數(shù)字化時，數(shù)字化跟蹤頭(定位器)采集的地圖上點的坐標是數(shù)字化儀平面坐標，這種坐標定義取決于數(shù)字化儀的精度和配置。同時，由于這些點還省其實際地理坐標意義，因而在數(shù)字化過程中，還需要將地圖上點的數(shù)字化儀平面坐標轉(zhuǎn)換為這點的實際地理坐標。利用最小二乘法進行坐標變換的基本思想是，先用一組線性多項式擬合坐標變換公式，在地圖上選取若干控制點，獲取控制點的數(shù)字化儀坐標和實際地理坐標，然后利用這組坐標值，根據(jù)最小二乘法原理解算出多項式的系數(shù)。這樣在地圖數(shù)字化過程中，就可以利用這組多項式解算出地圖上任意點的實際地理坐標。坐標變換的地理意義數(shù)值變換公式的求解依賴于控制點的選取及輸入的相應坐標值的精

5、度。在地圖數(shù)字化過程中通過選取控制點建立空間坐標的數(shù)值變換公式有其重要意義：(1)實現(xiàn)地圖的數(shù)學法則。(2)實現(xiàn)由設備坐標到現(xiàn)實世界坐標的轉(zhuǎn)換。(3)控制數(shù)據(jù)采集的精度。(4)實現(xiàn)多圖幅拼接或不同比例尺間地圖的匹配。地圖數(shù)字化所采用的具體方法受設備條件、人力條件和數(shù)字化內(nèi)容的影響。以前受GIS軟硬件的限制，主要采用手工鍵盤錄入地圖數(shù)據(jù)的方式。手工鍵盤錄入數(shù)據(jù)分為矢量和柵格兩種，而以柵格為主要方式。后來用數(shù)字化儀和掃描儀獲取地圖數(shù)據(jù)的方式逐漸普及起來，大大提高了數(shù)字化的精度和速度。數(shù)字化儀直接以矢量形式獲取地圖坐標數(shù)據(jù)，絕大多數(shù)GIS和圖形處理軟件都帶有利用數(shù)字化儀進行數(shù)字化的模塊，而GIS的系

6、統(tǒng)設計者亦可以自己編寫數(shù)字化接口程序：掃描矢量化是目前較為流行的數(shù)字化方法，這種方法是先用掃描儀將地圖掃描為柵格圖像，然后對柵格圖像進行屏幕跟蹤矢量化。屏幕跟蹤矢量化不受數(shù)字化設備的限制，可以同時大批量進行數(shù)字化工作。不同的地圖數(shù)字化方法，其數(shù)字化的具體技術(shù)方法也稍有不向，但其基本步驟大致可歸納為確定數(shù)字化路線、準備數(shù)字化地圖、設置好數(shù)字化儀、確定投影方式和坐標系、利用數(shù)字化軟件進行數(shù)字化等內(nèi)容。3實驗組織每組1人，個人獨立完成。4. 實驗學時課內(nèi)4學時。5. 儀器及用具地圖集、冊或遙感影像，掃描儀，臺式機（安裝了ArcGIS9.0或其以上版本）。6. 實驗步驟提要先用掃描儀將地圖掃描成柵格圖

7、像，然后以柵格圖像為背景，手工或利用自動跟蹤軟件進行屏幕數(shù)字化是的目前較為普遍的一種地圖數(shù)字化方法。許多GIS和圖形軟件都有對柵格圖像的自動矢量化功能。這里僅以ArcGIS為例，說明對柵格圖像在屏幕上進行手工矢量化的基本步驟。確定數(shù)字化的路線在數(shù)字化之前一定要設計好數(shù)字化所采用的技術(shù)路線，這直接關(guān)系到地圖數(shù)字化的效率。確定數(shù)字化路線包括采取什么樣的方式進行數(shù)字化，數(shù)字化精度要求如何、選取什么樣的地圖作為數(shù)字化底圖、對哪些要素進行數(shù)字化，以及如何對數(shù)字化要素進行分層和分幅數(shù)字化等。(1)選擇底圖：數(shù)字化底圖的選取是進行空間數(shù)據(jù)采集前的首要工作，底圖的選取主要考慮兩方面的內(nèi)容即底圖的精度和要素的繁

8、簡。(2)地圖分層與分幅：在進行地圖數(shù)字化前，必須確定對哪些要素數(shù)字化，并對這些要素進行分層并確定層名。 地圖預處理數(shù)字化前還需要對數(shù)字化底圖進行適當處理，地圖預處理主要包括以下幾方面內(nèi)容：1) 減小圖紙變形的影響：對于紙張不是很好的紙質(zhì)地圖，需要將其復印到聚脂薄膜上，以減小數(shù)字化過程中團圖紙變形而產(chǎn)生的誤差。2) 透邊處理：即將與地圖內(nèi)圖框相交的線劃要素向圖框外延伸510mm，這樣做的目的主要是為了以后便于多幅圖的拼接(拼接前還需進行切邊處理)。3) 線劃要素的分段：對于地圖上的封閉曲線或較長的線狀要素應將共進行分段。4) 選取控制點：對于非國家標準分幅地圖，還應打上方格網(wǎng)，以利于控制點坐標

9、數(shù)據(jù)的精確量取?？刂泣c的選取應不少于4個，標準分幅地圖在內(nèi)圖框四角上有本幅圖的四個控制點，并相應地標有實際地理坐標，圖面往往還有大地測量控制點可供選擇。當沒有現(xiàn)成的可供選擇的控制點或需要增加控制點時，控制點的選取原則是盡可能選取點狀要素或線狀要素(如河流、道路等)的交點，并在圖面上大致均勻分布，這樣有利于提高數(shù)字化精度。設置好數(shù)字化設備數(shù)字化儀是一種讀取圖形坐標數(shù)據(jù)的設備，用數(shù)字化儀采集空間數(shù)據(jù)是GIS最常用的數(shù)據(jù)采集方式。廣義的數(shù)字化儀包括矢量數(shù)字化儀和掃描儀，這里不作細致討論。掃描圖像選擇要數(shù)字化的地圖，識別該圖的投影和坐標系統(tǒng)，在圖中選取至少4個控制點并獲取控制點的實際地理坐標，然后將地

10、圖掃描成柵格圖像格式保存。如果沒有現(xiàn)成的坐標系統(tǒng)，也可以建立自己的坐標系統(tǒng)并讀取相應的控制點的坐標。柵格圖像配準(加載數(shù)據(jù)和影像配準工具)所有圖件掃描后都必須經(jīng)過掃描配準，對掃描后的柵格圖進行檢查，以確保矢量化工作順利進行。l 打開ArcMap，添加“影像配準”工具欄。l 把需要進行配準的影像增加到ArcMap中，會發(fā)現(xiàn)“影像配準”工具欄中的工具被激活。6.6 輸入控制點在配準中我們需要知道一些特殊點的坐標。通過讀圖，我們可以得到一些控件點公里網(wǎng)格的交點，我們可以從圖中均勻的取幾個點。一般在實際中，這些點應該能夠均勻分布。l 在”影像配準”工具欄上，點擊“添加控制點”按鈕。l 使用該工具在掃描

11、圖上精確到找一個控制點點擊，然后鼠標右擊輸入該點實際的坐標位置，如下圖所示：l 用相同的方法，在影像上增加多個控制點（大于7個），輸入它們的實際坐標。點擊“影像配準”工具欄上的“查看鏈接表”按鈕。l 注意：在連接表對話框中點擊“保存”按鈕，可以將當前的控制點保存為磁盤上的文件，以備使用。檢查控制點的殘差和RMS，刪除殘差特別大的控制點并重新選取控制點。轉(zhuǎn)換方式設定為“二次多項式”6.7 設定數(shù)據(jù)框的屬性l 增加所有控制點，并檢查均方差（RMS）后，在”影像配準”菜單下，點擊“更新顯示”。執(zhí)行菜單命令“視圖”“數(shù)據(jù)框?qū)傩浴?，設定數(shù)據(jù)框?qū)傩栽凇俺Ｒ?guī)”選項頁中，將地圖顯示單位設置為“米”在“坐標系統(tǒng)

12、”選項頁中，設定數(shù)據(jù)框的坐標系統(tǒng)為“Xian_1980_Degree_GK_CM_102E”（西安80投影坐標系，3度分帶，東經(jīng)102度中央經(jīng)線），與掃描地圖的坐標系一致l 更新后，就變成真實的坐標。6.8 矯正并重采樣柵格生成新的柵格文件l 在”影像配準”菜單下，點擊“矯正”，對配準的影像根據(jù)設定的變換公式重新采樣，另存為一個新的影像文件。l 加載重新采樣后得到的柵格文件，并將原始的柵格文件從數(shù)據(jù)框中刪除。后面我們的數(shù)字化工作是對這個配準和重新采樣后的影像進行操作的。通過上面的操作我們的數(shù)據(jù)已經(jīng)完成了配準工作，下面我們將使用這些配準后的影像進行分層矢量化。6.9 分層矢量化在ArcCatlo

13、g中創(chuàng)建一個線要素圖層該數(shù)據(jù)采用的是西安80坐標系統(tǒng)、3度分帶(1) 打開錄下，鼠標右擊，在“新建”中，選擇“個人 Geodatabase”。并修改該Geodatabase數(shù)據(jù)庫的名稱（例如test3.mdb）。(2) 下面將為該Geodatbase創(chuàng)建新的要素類，首先創(chuàng)建一個“等高線”要素類來存儲等高線要素。在ArcCatalog中，鼠標右擊test3這個個人 Geodatabase,在“新建”中選擇“要素類”.(3) 輸入創(chuàng)建的要素類的名稱“等高線”，點擊下一步。(4) 點擊下一步。下面將是我們創(chuàng)建新的要素類的關(guān)鍵，為我們的數(shù)據(jù)定義坐標系統(tǒng)，空間范圍，存儲要素類型。以及可以在這增加屬性字段

14、。(5) 點擊Shape字段。在對話框中將顯示詳細的選項，我們首先點擊“幾何類型”，并將要素類型選擇為我們需要的類型（我們現(xiàn)在要創(chuàng)建等高線這個要素類，所以應該選擇線）.(6) 點擊“空間參考”選項后面的按鈕，在“空間參考屬性”對話框中的“坐標系”選項頁下，將選擇合適的坐標系統(tǒng)，點擊“選擇”按鈕。在(Projected Coordinate Systems目錄下，選擇Gauss Kruger-àXian 1980-àXian_1980_Degree_GK_CM_102E.prj)。點擊增加，現(xiàn)在這些坐標系統(tǒng)信息應該如下圖所示：(7) 再點擊“X/Y 域”選項頁，在該選項頁下為

15、我們的數(shù)據(jù)定義存儲的空間范圍。該空間范圍需要認真考慮，不僅要考慮你當前的紙制地圖的空間范圍，還要考慮到將來工作中還會出現(xiàn)的最大的空間范圍。為確定這個區(qū)域XY（最小值），XY(最大值)，可以切換到ArcMap中，點擊“繪制”工具欄上的“矩形框”按鈕，在地圖顯示區(qū)中畫一個矩形，使區(qū)在更大范圍內(nèi)包含已配準的柵格地圖。右鍵選中這個矩形框，設置“屬性”，將填充色設置為“無”，可得到如下的效果：在矩形框?qū)傩缘摹按笮『臀恢谩边x項頁中，可獲取矩形框左下角和右上角的坐標（X,Y）,將這里獲取的X,Y值分別填入到上面“空間參考屬性”對話框的“X/Y域”選項頁 “最小X”、“最小Y”、“最大X”、“最大Y”輸入框中

16、通過上面的操作我們?yōu)閯?chuàng)建的要素類定義了正確的坐標系統(tǒng)和空間范圍。(8) 下面我們將為該數(shù)據(jù)創(chuàng)建新的屬性字段。“高程”，類型設置為“Float”用來存儲等高線的高程值。(9) 點擊完成這樣，我們就創(chuàng)建了一個線狀的要素類。6.10 從已配準的地圖上提取等高線并保存到上面創(chuàng)建的要素類中(1) 切換到ArcMap中， 將新建的線要素圖層，加載到包含已配準地形圖的數(shù)據(jù)框中(2) 打開“編輯器”工具欄，在“編輯器”下拉菜單中執(zhí)行“開始編輯命令”，并選擇前面創(chuàng)建的“等高線”要素類。確認編輯器中：任務為新建要素，目標為等高線，設置圖層等高線的顯示符號為紅色，并設置為合適的寬度。(3) 將地圖放大到合適的比例下，從中跟蹤一條等高線并根據(jù)高程點判讀其高程，輸入該條等高線的高程。(4